2017 Fiscal Year Research-status Report
Development of real-time measurement method of velocity distribution function using velocity-space tomography
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17K18771
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| Research Institution | Nihon University |
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Principal Investigator |
荒巻 光利 日本大学, 生産工学部, 教授 (50335072)
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2017-06-30 – 2020-03-31
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| Keywords | 光渦 / プラズマ分光 / トモグラフィー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本計測法が通常のレーザー吸収分光法と実験技術として異なる点は，光源として光渦を用いることと，位相特異点近傍の吸収率を高空間分解測定する必要がある点にある．そのため，光強度が急峻に低下する位相特異点近傍で，高精度・高空間分解能で吸収率分布を測定する技術の確立が必須となる．具体的には，位相特異点から半径100μm以内の吸収率分布を高精度に測定することを目指している．平成29年度は，現有の光渦ドップラー分光計測系の画像計測系を改良し，本測定法の基盤技術となる高精度・高空間分解な画像計測系を開発した．光源には外部共振器型半導体レーザー（ECDL）を用い，その出力を偏光保持ファイバに導入し，ビームの空間モードを整える．偏光保持ファイバの出力をコリメートし，空間位相変調器（SLM）へと入射し，ホログラムによって光渦へと変換する．光学部品によるビームモードの劣化を最小限に抑えるため，SLMによる変換後はレンズによるビーム径の調整やピンホールによる回折次数の選択を行わずにプラズマに入射した．プラズマ透過後にビームエキスパンダで光渦を拡大し，吸収画像を計測した．画像計測には光強度の解像度が16bitのADコンバータを採用するCMOS カメラ（CAM1:アンドール社製 ZylasCMOS）を用いた．今年度は画像計測系を完成させ，位相特異点近傍の30μm×30μmの範囲で吸収の微細な空間構造が観測できることを確認した．一方，ビーム伝播にともなう回折によって，吸収の空間構造が変形していることを示唆する結果も得られており，今後，結像系の改良が必要なことも明らかになった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
初年度は，当初の予定通り高空間分解の画像計測系を構築し，吸収の微細な空間構造の観測に成功している．一方，光渦の局所的な吸収を正確に画像計測するための光学系が必要なことも明らかになり，その設計も進めており，次年度以降の研究に向けた準備も順調に進んでいる．
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度，必要性が明らかになった結像系の開発を行い，吸収画像をより高精度に観測できる測定系を構築する．また，現在用いているSLMによる光渦生成では，液晶デバイスに表示したホログラムを用いるため，生成された光渦は液晶のリフレッシュに対応した数パーセントの位相変調を含んでおり，比較的大きなノイズ源となっている可能性がある．そこで，SLMを用いる方法からλ/4板と光渦リターダを用いる光渦生成方法に変更して液晶のリフレッシュに起因するノイズ成分を取り除き，画像計測のS/N比を向上させる．十分なS/N比と空間分解能での画像計測法を確立した後，同じ画像計測系をもう1つ追加し，速度空間トモグラフィー測定系を構築する．
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| Causes of Carryover |
当初購入予定であった長焦点顕微鏡レンズの性能が不十分なことが明らかになり，購入を取りやめるとともに，次年度以降に結像系を研究室にて開発するよう研究計画を修正したため．
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